在外电场作用下有限抛物量子阱中类氢杂质态结合能
《抛物量子阱中的类氢杂质态和激子》范文
《抛物量子阱中的类氢杂质态和激子》篇一一、引言随着现代物理学和材料科学的快速发展，抛物量子阱（Parabolic Quantum Well，PQW）中的电子和杂质态研究已成为凝聚态物理和量子电子学领域的重要课题。
特别是对于类氢杂质态以及激子的研究，这些微观粒子的特性和相互作用，为理解和设计新型光电器件提供了理论基础。
本文将重点讨论抛物量子阱中类氢杂质态和激子的性质，以及其潜在的应用价值。
二、抛物量子阱的基本理论抛物量子阱是一种具有抛物线形状势能曲线的量子阱结构，其电子的能量状态通常呈现出抛物线形状的能级分布。
这种结构在半导体材料中广泛存在，如InAs/GaAs等材料系统。
抛物量子阱中的电子运动受限于二维空间，因此具有特殊的量子力学行为。
三、类氢杂质态的研究类氢杂质态是指在抛物量子阱中，杂质原子与电子之间的相互作用类似于氢原子中的电子与质子之间的相互作用。
这种相互作用导致电子的能级发生分裂，形成一系列离散的能级。
这些能级对电子的输运性质、光学性质等具有重要影响。
研究类氢杂质态的能级结构、波函数等特性，有助于深入了解抛物量子阱中电子的量子力学行为。
四、激子的研究激子是指由一个电子和一个空穴组成的准粒子，在半导体材料中广泛存在。
在抛物量子阱中，激子的形成、运动和复合过程受到势能曲线的影响，具有独特的动力学特性。
研究激子的激发、传输和复合过程，对于理解和设计光电器件具有重要意义。
五、类氢杂质态与激子的相互作用类氢杂质态与激子之间的相互作用是抛物量子阱中重要的物理现象。
这种相互作用导致激子的能级发生分裂，形成一系列准束缚态。
这些准束缚态对光电器件的能级结构、发光特性等具有重要影响。
通过研究类氢杂质态与激子之间的相互作用，可以深入了解抛物量子阱中的电子结构和光学性质。
六、应用价值抛物量子阱中的类氢杂质态和激子研究具有广泛的应用价值。
首先，这些研究有助于设计和制造新型光电器件，如LED、激光器等。
其次，通过研究类氢杂质态和激子的能级结构、波函数等特性，可以深入了解材料的电子结构和光学性质，为材料设计和优化提供理论依据。
半导体与微电子技术
形,并且把电机产生的局部热量尽可能导出系统。
文中还对真空低温腔的关键部件光学窗口和梯形支撑的设计进行了详细分析。
参70626103超高分辨光电成像技术的研究进展刊,中/徐之海//红外与激光工程.2006,35(4).456463(E)实现成像系统的超高分辨是光电探测领域中探索和追求的重要目标,对提高天文观测、空间侦察和资源探测的信息容量及精度具有重要意义。
归纳总结了近年来国内外从光学系统结构、光电探测器及软件重建等方面对提高系统分辨能力所进行的部分研究和进展,结合本实验室在这一领域开展的研究,对其中的一些理论及工程方法探索进行了阐述和分析,旨在为进一步实现超高分辨光电成像系统的研究提供建设性参考意见。
参240626104利用双轴光栅动态称重的初步研究刊,中/刘汉平//光纤与电缆及其应用技术.2006,(4).2628(G)分析了保偏光纤和双轴光纤光栅的特性,讨论了以双轴光栅为传感元件的压力盒的制作及性能,提出了一种利用双轴光栅的双波峰波长差测量横向负载的方法,并给出了一种汽车动态称重(WIM)轴重仪的设计方案。
参60800半导体与微电子技术0626105在碳纳米管上CVD法原位生长CdSe纳米晶体刊,中/汪玲//信阳师范学院学报(自然科学版).2006, 19(3).314317(L)用化学气相沉积(CVD)法在多壁碳纳米管(MWCNTs)上均匀地生长了CdSe纳米晶体,并用T EM、SEM、EDS、UV Vis和XRD对CdSe纳米晶体的形貌和结构进行了表征。
结果发现,CdSe纳米晶体的粒径约为18nm,晶相为六方晶型,光谱分析表明CdSe 纳米晶体的起始吸收大约在650nm左右。
参150810半导体物理0626106纤锌矿In x Ga1x N/GaN量子阱中的界面声子模刊,中/危书义//液晶与显示.2006,21(4).336342 (C)0626107在磁场作用下氮化物抛物量子阱中杂质态能量刊,中/萨茹拉//光电子激光.2006,17(7).891894 (E)采用变分法研究了在外磁场作用下GaN/Al x Ga1x N无限抛物量子阱(PQW)中类氢杂质态能级,给出不同磁场下杂质态基态能、结合能随阱宽的变化关系以及能量随磁场强度变化的函数关系。
抛物量子阱中强耦合极化子的基态能量计算
抛物量子阱中强耦合极化子的基态能量计算引言：在固体物理学中，极化子是一种准粒子，由电子-空穴对（激子）的库伦吸引形成。
极化子在二维材料中的研究引起了广泛的兴趣，因为它们具有多种潜在的应用，如光电子学和量子信息领域。
其中，抛物量子阱是一种常用的结构，用于研究强耦合条件下的极化子性质。
本文将介绍如何计算抛物量子阱中强耦合极化子的基态能量。
理论模型：为了计算抛物量子阱中强耦合极化子的基态能量，我们采用有效质量近似和量子力学微扰论。
在有效质量近似中，我们将极化子看作是一个电子-空穴对，其动量为(kx, ky)。
在抛物量子阱中，横向方向的势场势能可以表示为一个二元谐振子势能，而纵向方向的势场势能可以表示为一个无限大势垒。
量子力学微扰论用于处理完全耦合极化子态和自由电子-空穴对之间的耦合。
我们将自由电子-空穴对的哈密顿量表示为H0，极化子的哈密顿量表示为H1，而耦合哈密顿量则表示为Hc。
计算方法：1.首先，我们需要确定使用的有效质量模型。
对于抛物量子阱，常见的有效质量模型包括等效质量近似和$k·p$近似。
2.其次，我们需要计算自由电子-空穴对和极化子的对应的哈密顿量矩阵元素。
这可以通过使用有效质量模型和横向/纵向势场势能来完成。
3.接下来，我们使用微扰论计算耦合哈密顿量的矩阵元素。
这可以通过将单电子-空穴对和极化子的波函数展开为所使用的基函数的线性组合来实现。
4.最后，我们可以将耦合哈密顿量作用在自由电子-空穴对的波函数上，并通过解调和振子方程来求解能量本征值。
结果和讨论：基态能量的计算结果表明，随着耦合的增大，极化子的能量降低。
这是由于耦合引起了自由电子-空穴对和激子的混合。
此外，极化子的能量与势场势能的强度有关，较强的势场势能会导致更大的能量下降。
结论：通过使用有效质量近似和量子力学微扰论，我们可以计算抛物量子阱中强耦合极化子的基态能量。
这些计算结果对于了解极化子在二维材料中的性质和应用具有重要意义。
抛物量子阱中强耦合极化子的基态能量计算
抛物量子阱中强耦合极化子的基态能量计算强耦合极化子是由于带电粒子的电偶极子相互作用而形成的激发态。
在抛物量子阱中，电子和空穴会被限制在微小的空间中，导致它们之间的耦合增强。
这种增强的耦合效应可以导致极化子的基态能量的改变。
本文将介绍抛物量子阱中强耦合极化子的基态能量计算方法。
首先，我们需要定义抛物量子阱的哈密顿量。
假设抛物量子阱的束缚能级近似为二维谐振子势阱，则量子阱的哈密顿量可以表示为：H = \sum_{i} \left( \frac{{\mathbf{p_i}^2}}{{2m}} +\frac{1}{2} m \omega^2 \mathbf{r_i}^2 \right) + V(\mathbf{r_e}, \mathbf{r_h}) + \frac{e^2}{{4\pi \varepsilon_0}} \sum_{i,j}\frac{1}{，\mathbf{r_{ei}} - \mathbf{r_{hj}}，}\]其中，第一项是电子和空穴的动能，第二项是电子和空穴在谐振子势阱中的势能，第三项描述了电子和空穴之间的库伦相互作用。
为了计算极化子的基态能量，我们可以使用变分法。
我们假设极化子波函数由电子波函数和空穴波函数的直积给出：\]通过求解薛定谔方程，我们可以得到电子和空穴的波函数。
首先，我们对电子波函数进行变分：E_e \psi_e(\mathbf{r_e}) =\left( \frac{{\mathbf{p_e}^2}}{{2m}} + \frac{1}{2} m \omega^2 \mathbf{r_e}^2 \right) \psi_e(\mathbf{r_e}) + \frac{e^2}{{4\pi\varepsilon_0}} \int \frac{1}{，\mathbf{r_{eh}}，}\psi_e(\mathbf{r_e}) \psi_h(\mathbf{r_h}) d\mathbf{r_h} \]其中，\(E_e\)是电子的能量。
半导体量子阱和量子线中杂质束缚能的度规法则与维里定理
杨国琛
男 ，９ ５年 出生 ， 授 ， 士 生 导 师 ， 事相 变 和 功 能 材 料 研 究 ． １３ 教 博 从 ＠ ２ ０ 中 国 电 子 学 会 ０２
２ ０ —２ １ 到 ，０ ２Ｏ 一 ４ 稿 ０ １１ —８收 ２ ０ 一 ｌ２ 定
维 里定 理 值 ．因 为杂 质 态 是激 子 中空 穴 的 质量 为 无
限 大 的 极 限情 况 ， 以 对类 氢 杂 质 体 系 应存 在 相 似 所 的 能量 度 规 法则 ．我 们 采 用变 分 法 计 算 了无 限深 量 子 阱 和矩 形 截 面量 子 线 中杂 质 态 的束 缚 能 ， 考虑 并 了矩 形 截 面 不 同长 宽 比的情 况 ．类 似地 定 义 了杂 质 有 效 玻 尔半 径 ｎ ｉ ＜ ／ ＞ 。对 类 氢 杂 质 的 计 算 结 一 １ ｒ ＿ ， 果表 明， 在量 子 线 中 同样 存 在 不 依 赖 于截 面形 状 与 尺寸 的 度规 法则 ， 结果 与 文 献 ［ ３ 的结 论 非常 一 致． １］ 同时 我们 还 计 算 了维 里定 理值 随杂 质 有效 玻 尔半 径
关键 词 ：度 规 法 则 ； 维 里 定 理 ；量 子 阱 ；量 子线 ；杂 质
ＰＡＣＣ ： ７ ８６５： ７３ Ｄ ； ７ ２０ １１５ Ｐ
中 图 分 类 号 ：０４ １ １ ７ ．
文 献 标 识 码 ：Ａ
文 章 编 号 ：０ ５ — １ ７ ２ ０ ） ９ ０ ２ — ５ ２ ３４ ７ （ ０ ２ ０ —９ ５０
确 实 存在 ， 维 里定 理 值 并 非 常数 ， 是 随激 子 有效 但 而 玻 尔半 径 变 化 而 变 化 ， 与 文 献 ［ ２ 的结 论 完 全 不 这 １］
外场对量子阱中极化子基态能的影响
［Ｋ（ ＿ ２
ｍＡ
（ ．＋．＋ ＋ Ｉ ｉ ｈ ） ｌＦ Ｋ ） ｃ 罢 ｅｚ
其 中 ａ１）０ｂ １）０ （ １） １ ｋ ＝ ，． ＝ ，００ ＝ ０ ｊ０
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选择体系的基态波函数［ ｛） （）０（１ ７ ＝ ｆ＞ ） 】 为 １
咖） ‘ｘ７Ｌ ＝ ｐ‘＋ （｛ ｅ ｚｌ Ⅳ 一。
，
／） ｓ ２ ｃｏ ］ ‘ １ 中 Ｊ（ ） ４ （ ７ ）Ｌｒ １ ｅ ） ７ ： ７ 十ｒ ［７ （ － － ］ 、 ， ２ ２ ￣ 得到 体系基态 能量 的期 待值为
下极化 子 的基态 能量 与 阱宽 、 电场 强度 、 回旋 频率
之 间的关 系。
选 择 幺正变换算 符 ：
２ 计 算 选择平行 于交界 面 的平 面 为 ｘ ｙ平面 ，阱心为
Ｕｅ［ ａ ＝ ｐ∑（ ｘ
日－ 枞 －－
） 】
（ ９ ）
坐 标原 点 ， 限高势 垒量 子 阱 中的电子 ， ｚ 向 无 在 方
额尔敦朝鲁 等Ｉ ５ １ 了磁场 中无 限势垒量子 阱内 电 研究
（２ ｔ ｍ ｏＬ
、
亢
，
（ 古一）
（ ６ ）
（ａ ８）
（ｂ ８）
其 中 ￣＝ ｅ ／ ２Ｂ ｃ
子与 界面 光学声子 强耦 合与 体纵 光学 声子 弱耦 合 系统 的基 态 ： 于毅夫 【 ４ 】 用线 性组 合算 符和 幺正 等采
量子 阱中束缚极化 子的极化势和结合 能 。 研究量 子
１ 一≤Ｉ ｆ 丢ｚ三 ０ ， ≤
∞
．（ ｉ
外电场作用下氮化物有限抛物量子阱中激子的极化子效应
m0 为自由电子质量， 1 、 2 取文献[11-12]的值。在计算 mh 和 mh 时，重空穴和轻空穴分别取上
面和下面符号。 （2.2） 、 （2.3）中 V ( ze ) 和 V ( z h ) 是电子、空穴在有限 PQW 中的势能，表达为：
V0i z2 2 i V ( zi ) ( L / 2) V 0i
集宁师范学院学报 / Nov.2017 / No.6
1
外电场作用下氮化物有限抛物量子阱中激子的 极化子效应
邢德胜 1 胡文弢 2 王顺利 1
（1.集宁师范学院计算机系；2.集宁师范学院物理系， 内蒙古 乌兰察布 012000）
摘要：考虑 GaN/AlxGa1-xN 有限抛物量子阱(PQW)中空穴有效质量及声子模的各向异性，采用 LLP 变分法计算了外电场作用下有限 PQW 中激子的能量。结果表明，轻、重空穴激子的基态能随阱宽的减小 而增大，结合能随着阱宽的减小，先增大后减小；考虑极化子效应时，结合能有明显的降低；轻空穴激子 的结合能和基态能量均比重空穴激子的高； 闪锌矿阱中激子的基态能量比纤锌矿阱中的高， 而闪锌矿阱中 激子的结合能比纤锌矿阱中的低；有外电场作用时，激子的结合能和基态能量降低较明显。 关键词：外电场；氮化物；有限抛物量子阱；激子；基态能量；结合能 中图分类号：O471.3 文献识别码：A 文章编号：2095-3771(2017)06-0001-06
·2·
L 是平 行 于 x-y 平面的纵光学声子频率； z 为 Z 轴方向的高频介电常数， 的纵光学声子频率，
M me mh ，
（2.5）和（2.6）两式来确定。
me mh me mh
非对称Gaussian限制势量子阱中强耦合极化子的基态能量
非对称Gaussian限制势量子阱中强耦合极化子的基态能量孙丙西;肖景林【摘要】应用线性组合算符和幺正变换方法从理论上研究了非对称Gaussian限制势CsI半导体量子阱中强耦合极化子基态能量的性质,仔细地分析了非对称Gaussian限制势量子阱中强耦合极化子的基态能量与非对称Gaussian受限势量子阱的势垒高度和非对称Gaussian受限势的范围的依赖关系.通过数值计算结果发现,量子阱中强耦合极化子的基态能量的绝对值是非对称Gaussian受限势量子阱的势垒高度和非对称Gaussian受限势的范围的增函数.【期刊名称】《内蒙古民族大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2019(034)001【总页数】4页(P5-8)【关键词】非对称Gaussian限制势量子阱;强耦合;极化子;线性组合算符;基态能量【作者】孙丙西;肖景林【作者单位】内蒙古民族大学凝聚态物理研究所,内蒙古通辽 028043;内蒙古民族大学凝聚态物理研究所,内蒙古通辽 028043【正文语种】中文【中图分类】O469引言非对称Gaussian限制势量子阱是近期一种新型的低维纳米量子体系，由于这种新的结构具有一些特殊的性质，因此，倍受许多学者的关注.这一结构的特点是在量子阱的生长方向z方向存在受限势V(z)在z＜0的整个范围内V(z)=∞，在此空间中电子根本不能存在.在z≥0范围内受限势V(z)是Gaussian函数势，可以看出在z=0的两侧受限势呈现不对称，因此称为这种受限势为非对称Gaussian限制势.由于Gaussian函数本身的特点是当z从0开始增大时，Gaussian函数迅速减小到0，这表明了Gaussian函数在z方向具有很强的受限性质，这一点正好表示了在量子阱的生长方向z的方向上存在强受限的特性，因此，把一种新型的低维纳米量子体系称为非对称Gaussian限制势量子阱.近年来，不少学者纷纷采用各种各样的方法从实验和理论方面研究了非对称Gaussian限制势量子阱的性质［1-2］.当存在外加电场的情况下，利用有效质量近似和密度矩阵方法，Guo等［3］研究了线性和非线性光学吸收系数和折射律的变化.Wu等［4］采用质量近似和微扰方法研究非线性光学整流的极化子效应.苏莉等［5］运用Huybrechts线性组合算符和L.L.P幺正变换方法研究了磁场对非对称高斯势量子阱中弱耦合极化子基态结合能的影响.苗等［6］采用Huybrechts的线性组合算符方法，研究非对称高斯受限势量子阱中强耦合极化子的基态能量的杂质效应.然后导出了极化子的基态能量随着电子-类氢杂质之间的库仑杂质势强度、电子-声子耦合强度、非对称高斯受限势的高度和受限势宽度的依赖关系.Miao等［7］采用线性组合算符和幺正变换相结合的方法，计算了非对称高斯势量子阱中强耦合极化子的基态能量、振动频率和基态结合能的性质.本文作者之一［8］应用Pekar的变分方法研究了电场对氯化铷非对称高斯势量子阱量子比特的影响.马新军等［9］应用Pekar类型的变分方法和量子统计理论方法研究了电场与温度对非对称高斯势量子阱中强耦合极化子态能的影响.李红娟［10］研究了三角束缚势量子点量子比特消相干时间受光学声子的影响.但是，运用线性组合算符与幺正变换方法对非对称高斯势量子阱中强耦合极化子的性质的甚少.本文运用该方法研究非对称高斯势量子阱中强耦合极化子的基态能量的性质.1 理论模型当一个电子是处在非对称高斯限制势作用下，并且在CsI半导体量子阱中运动，电子只与体纵光学（LO）声子强相互作用.在有效质量近似下，电子-声子强耦合相互作用系统的哈密顿量可以表述为：其中这里 m是电子的带质量，(aq)表示波矢为q的LO声子的产生（湮灭）算符，p 和 r=(x ,y,z)分别表示电子的动量和位置矢量.方程（2）中的V(z)是表示沿z方向的高斯受限势［2］，其中V0和 R分别受限势量子阱的势垒高度和受限势的范围.在上述方程（1）中的Vq和α表示为然后我们应用和bj线性组合算符对方程（1）：这里方程（4）中的λ是变分参量，它也表示极化子的振动频率.因为我们研究的是电子-声子强耦合，因此对哈密顿量方程（1）作幺正变换时只进行第二次幺正变换，即方程（5）中的表示的是变分函数.电子-声子系统的基态尝试波函数可以选为其中是b算符的真空态是无微扰零声子态.方程（1）对基态尝试波函数的期待值为完成F0(λ ,fq)对λ的变分，可得出非对称高斯受限势量子阱中强耦合极化子的振动频率满足的方程是假设上述方程的根是λ0，非对称Gaussian受限势量子阱中强耦合极化子的基态能量可以通过变分导出是2 数值结果和讨论方程（9）表示的是极化子的基态能量E0满足方程，由这一方程我们可以看出基态能量E0不仅与耦合强度α和声子的振动频率ωLO有关，而且还与受限势量子阱的势垒高度V0，受限势的范围R和极化子的振动频率λ有关.由方程（8）同样可以看出振动频率λ与上述的四个物理量有关，即与耦合强度α，声子的振动频率ωLO，势垒高度V0和受限势的范围R有关.通过E0和λ的变分对CsI半导体量子阱进行计算，对于具体晶体耦合强度α和声子的振动频率ωLO取确定值，因此，极化子的基态能量E0只与势垒高度V0和受限势的范围R有关.为了更清楚地表明强耦合极化子的基态能量随势垒高度和受限势的范围的依赖关系，取CsI半导体量子阱为例，在计算中所采用的实验参量［11］为ℏωLO=11.22845266 meV，m=0.42 m0，α=3.67.通过数值计算的结果表示在图1中.图1 极化子的基态能量E0随量子阱的势垒高度V0和Gaussian受限势的范围R 的变化关系Fig.1 The polaron's ground state energyE0versus the barrier height of the quantum wellV0and the range of the Gaussian confinement potentialR图1表述了非对称Gaussian受限势量子阱的势垒高度V0和非对称Gaussian受限势的范围R对CsI半导体非对称Gaussian受限势量子阱中强耦合极化子的基态能量E0的影响，从图中可以清晰地发现，强耦合极化子的基态能量的绝对值随Gaussian受限势的范围R的增加而变大，产生原因是随着Gaussian受限势的范围的减少，电子和更多的声子相互作用，因此，极化子的基态能量的绝对值应该随非对称Gaussian受限势的范围的减少而迅速增大.但是，方程（9）中的第三项是受限势的范围对基态能量贡献的项，它取正的值，然而基态能量却取负值，因此，基态能量的绝对值随Gaussian受限势的范围R的增加而变大.由图1还可以看出强耦合极化子的基态能量的绝对值随非对称Gaussian受限势量子阱的势垒高度的增加而增大，基态能量的绝对值是受限势量子阱的势垒高度的增函数的原因是在量子阱的生长方向高斯受限势的存在，等效于对电子产生新的约束，约束的增强致使电子之间的波函数更大的交叠，同时引起电子能量、电子与声子耦合能量的增大以及电子与更多的声子相互作用，导致极化子的基态能量的增大.3 结论我们研究了非对称高斯受限势量子阱中强耦合极化子基态能量随非对量子阱的势垒高度和受限势的范围的依赖关系.所得计算结果表明：在电子-声子强耦合的情况下，量子阱中强耦合极化子的基态能量随高斯受限势的范围R的增加而增大，随量子阱的势垒高度V0的增加而增大.可以通过调节量子阱的势垒高度和受限势的范围的方法，可以实现改变极化子的基态能量的大小.参考文献【相关文献】［1］Zhai W J.A study of electric-field-induced second-harmonic generation in asymmetrical Gaussian potential quantum wells［J］.Physica B，2014，452：50-55.［2］肖景林.非对称Gaussian限制势量子阱中强耦合极化子的性质［J］.内蒙古民族大学学报（自然科学版），2015，30（5）：369-371.［3］Guo A X，Du J F.Linear and nonlinear optical absorption coefficients and refractive index changes in asymmetrical Gaussian potential quantum wells with applied electricfield［J］.Superlatt Microstruct，2013，64：158-166.［4］Wu J H，Guo K X，Liu G H.Polaron effects on nonlinear optical rectification in asymmetrical Gaussian potential quantum wells with applied electric fields［J］.Physica B，2014，446：59-62.［5］苏莉，肖景林.磁场对非对称高斯势量子阱中弱耦合极化子基态结合能的影响［J］.内蒙古民族大学学报（自然科学版），2018，33（3）：198-200.［6］苗秀娟，梁志辉，肖景林.非对称高斯势量子阱中强耦合极化子基态的杂质效应［J］.内蒙古民族大学学报（自然科学版），2017，32（5）：374-376.［7］Miao Xiu-Juan，Sun Yong，XiaoJ ing-Lin.Effect of impurities on the properties of bound polarons in an asymmetric Gaussian confinement potential quantum well［J］.J.Korean Phys Soc，2015，67（7）：1197-1200.［8］XiaoJ ing-Lin..The effect of electric field on RbCl asymmetric Gaussian confinement potential quantum well qubit［J］.Int.J Theor Phys，2016，55：147-154.［9］Ma Xin-Jun，Xiao Jing-Lin，The influences of electric field and temperature on state energies of a strong-coupling polaron in an asymmetric Gaussian potential quantum well ［J］.Chinese J Phys，2018，56（2）：561-566.［10］李红娟.光学声子对三角束缚势量子点量子比特消相干时间的影响［J］.赤峰学院学报（自然科学版），2018，34（9）：11-12.［11］Devreese J T.Polarons in ionic crystals and polar semiconductors［M］.Amsterdam：North-Holland Publishing company，1972.。
应变量子阱中杂质态结合能的压力效应
表 的 宽禁带 氮 化物 材料 及 其光 电子 半导 体器 件 的研 究 非 常活跃 ［ ］ ４ 。对 于 氮 化 物 半 导 体 的 单 异 质 结 或
量 子 阱结构 ， 料衔 接 界 面处 晶格 不 匹 配 导 致 的 应 材
温 淑 敏 等 ： 变 量 子 阱 中 杂 质 态 结 合 能 的压 力 效 应 应
应 变 量 子 阱 中杂 质 态 结 合 能 的 压 力效 应
温 淑 敏 赵 春 旺 王 细 军 ， ，
（ ．内蒙 古工 业大 学 理 学 院物理 系 ， １ 内蒙 古 呼 和浩 特 ０ ０ ５ ； １ ０ １ ２ ．内蒙古 乌 兰察 布 电视 台 ， 内蒙古 集 宁 ０ ２ ０ ） １ ０ ０
体低 维 结构 的 相 关 研 究 及 探 讨 也 是 人 们 关 心 的 内
容 。Ｇ ｉ等人 口 ｏｉ 由实 验 给 出 了 闪锌 矿 和 纤 锌 矿 结
构 的 Ｇａ 与 Ａ１ 中声 子 频 率 的 压 力 效 应 。Ｚ ａ Ｎ Ｎ ｈｏ
等人＿ １ 曾计 算 了纤 锌 矿 Ｇａ — 量子 阱 中 Ｎ分 法讨 论 了流 体 静 压 力 对 束 采 缚 于界 面 附近 的浅 杂质 态结合 能的影 响 。计 算结 果
表明 ， 考虑 压 力对 单轴 、 双轴 应 变的调 制及 电子有 效 质量 ， 材料介 电常数及 禁带 宽度 的影 响 ， 杂质 态 的结
合 能 随 压 力 呈 线 性 变 化 。 由 简 化 相 干 势 近 似 法 讨 论
材料 或 系统 的 物理特 性 ｒ 对 于 探索 新 现 象 和 改进 １ 引， 器件 等 多方 面较 有 意 义 ， 因此 压力 效 应 ［ 】 在半 导
Ⅲ族氮化物量子点中类氢杂质态结合能
Ｖ １２ Ｎ ． ｏ．９ ｏ３
Ｓｐ２ ０ ｅ ．０ ８
Ｉ 族氮化 物量子点 中类氢杂质态 结合能 Ｉ Ｉ
郑冬梅， 王宗篪
（ 明 学 院 物 理 与机 电工 程 系 ， 建 三 明 ３ ５ ０ ） 三 福 ６０ ４
摘
要： 在有效质量近似下， 运用变分方法， 考虑 内建电场 （ Ｅ ） Ｂ Ｆ 效应和量子点的三维约束效应， 研究 了纤锌矿结构 的
功 率 电子器 件 的理 想功 能材料 ． 目前 ，Ｉ族 氮 化物 已经 被广 泛 的运 用在 蓝 、 光激 光 二极 管 、 发 射二 极 管 Ｉ Ｉ 绿 光 和光 电探 测器等 光 电子 器件 上． 自２ 纪 ８ ０世 ０年代 以来 ， 验上 分子 束外 延 和金属 有机 化 学气 相 淀积 等技 术 的发 展使超 晶格 、 子 阱 、 实 量 量子 点等 半 导体 材料 中 的研 究 和应用 更 加深 人， 低维半 导 体材 料 中杂 质态 的各 种性 质 也引起 人们 的广 泛关 注． 杂质 对 于材料 中的 电子 输运 及光 学性 质 有重 要影 响， 杂质 态结 合 能与激 子 结合 能有 着定性 上 的一 致， 因 而 对杂质 态 的理论 研究 尤为重 要 ． ａｔｒｔ首 先利 用变 分 的方法计 算 了无 限深 势 阱 中类 氢杂 质的束 缚能 ， Ｂｓ ｄＩ ａ 其 后 ， ｉｉｔ Ｍａｈｏ 等他以及 Ｇｅｎ 等 又分 别 独立地 将其 推广 到有 限深势 阱情 况 ． 外，ｕ ｄｒ ｌ ｒｅｅ 此 ｓ ｎｅｆ研究 了量子 阱 中 ４ 杂 质态 的结合 能 随阱宽 和杂 质位 置 的变 化关 系， ｏｒｓ ｏ ｔｎ ｇ Ｐ ｒ —Ｍ ｎｅ ｅｒ ａ ｏ等 研究 了 Ｇ Ａ —Ｇ Ａ１ ｓ ａ ｓ ａ Ａ 球形 量 子点
《抛物量子阱中的类氢杂质态和激子》范文
《抛物量子阱中的类氢杂质态和激子》篇一一、引言在过去的几十年里，量子物理的研究进展如日中天，特别是对量子阱的研究尤为深入。
本文着重研究抛物量子阱中的类氢杂质态以及激子的物理性质，讨论其在纳米结构中的重要作用和潜在应用。
抛物量子阱系统为我们提供了一个有效的实验平台，用来理解一维量子系统的基本物理性质，而类氢杂质态和激子则是其中的重要组成部分。
二、抛物量子阱的基本概念抛物量子阱是一种特殊的量子阱结构，其势能曲线呈抛物线形状。
在这种结构中，电子的运动受到限制，只能在特定的空间范围内进行。
这种限制使得电子的能量状态被量子化，形成一系列的能级。
这种特殊的能级结构使得抛物量子阱在量子计算和量子通信等领域有着重要的应用价值。
三、类氢杂质态的物理性质在抛物量子阱中，当杂质存在时，电子将与杂质产生相互作用，形成一种特殊的态——类氢杂质态。
这种态的电子受到杂质的吸引作用，其波函数类似于氢原子中的电子波函数。
这种态的电子具有特定的能量和动量，且其能级与主能级之间存在一定的间隔。
这种间隔使得我们可以根据能级间隔的大小来调节电子的运动状态，从而实现精确的电子操控。
四、激子的性质及形成机制激子是一种由电子和空穴组成的准粒子，它在抛物量子阱中扮演着重要的角色。
当两个电子在抛物量子阱中发生相互作用时，它们会形成一个激子。
这个激子具有特定的能量和动量，其运动状态受到量子阱的约束。
激子的形成使得电子和空穴之间的相互作用更为明显，也使得我们可以更深入地理解电子的传输和运动过程。
五、实验与结果分析为了更好地理解抛物量子阱中的类氢杂质态和激子的性质，我们进行了一系列实验。
通过改变杂质浓度、磁场强度等参数，我们观察了类氢杂质态的能级变化和激子的运动轨迹。
实验结果表明，随着杂质浓度的增加，类氢杂质态的能级逐渐发生变化；在磁场的作用下，激子的运动轨迹变得更加规律和有序。
这些结果为进一步理解和控制电子在抛物量子阱中的行为提供了重要的信息。
六、应用前景及挑战抛物量子阱中的类氢杂质态和激子具有广泛的应用前景。
《抛物量子阱中的类氢杂质态和激子》范文
《抛物量子阱中的类氢杂质态和激子》篇一一、引言随着现代物理学的发展，对微观世界的理解和控制已经达到前所未有的水平。
量子力学与光学相互交融的领域中，一个引人注目的研究对象便是抛物量子阱中的类氢杂质态和激子。
这种体系因其独特的物理特性和潜在的应用价值，成为近年来科研人员研究的热点。
本文旨在全面地阐述这一领域的理论基础和实验研究进展，并深入探讨其可能的应用前景。
二、抛物量子阱基本概念抛物量子阱（Parabolic Quantum Well, PQW）是一种人工构建的量子系统，具有高度可控的电子势能。
它通过在二维或三维空间中形成的势能谷，将电子局限在一定的空间范围内。
由于电子在量子阱中的运动受到严格的限制，因此其能级和波函数具有特殊的性质，这为研究电子的量子行为提供了良好的平台。
三、类氢杂质态类氢杂质态（Hydrogenic Impurity States）是指在抛物量子阱中，由于引入杂质原子而形成的具有类似氢原子能级结构的电子态。
这种态具有离散的能级和特定的波函数，其能级结构与氢原子类似，但受到量子阱的边界效应和杂质特性的影响。
通过研究类氢杂质态的能级结构、波函数以及电子的跃迁过程，可以深入了解电子在量子阱中的运动规律和相互作用机制。
四、激子研究激子（Exciton）是半导体中一种重要的准粒子，由电子和空穴通过库仑力结合而成。
在抛物量子阱中，激子的形成、运动和相互作用对电子的输运性质、光学性质以及光电器件的性能具有重要影响。
因此，研究激子的性质和行为对于理解量子阱的光电性能具有重要意义。
五、实验研究进展近年来，随着实验技术的不断发展，人们已经能够在抛物量子阱中成功制备出类氢杂质态和激子。
通过利用光学显微镜、扫描隧道显微镜等手段，研究人员能够观测到这些态的能级结构、波函数以及电子的运动轨迹。
此外，通过调制量子阱的物理参数（如阱深、阱宽等），可以实现对类氢杂质态和激子的有效调控，为进一步探索其物理特性和潜在应用提供了有力支持。
《2024年抛物量子阱中的类氢杂质态和激子》范文
《抛物量子阱中的类氢杂质态和激子》篇一一、引言随着现代物理学和材料科学的快速发展，抛物量子阱（Parabolic Quantum Well，PQW）中的电子和杂质态研究已成为凝聚态物理和量子电子学领域的重要课题。
特别是对于类氢杂质态以及激子的研究，这些微观粒子的特性和相互作用，为理解和设计新型光电器件提供了理论基础。
本文旨在探讨抛物量子阱中类氢杂质态以及激子的特性、形成机制以及其在实际应用中的价值。
二、抛物量子阱中的类氢杂质态1. 理论基础抛物量子阱通常指的是一种通过势能变化而形成的物理结构，可以模拟各种形式的势能场。
而类氢杂质态，即类似于氢原子中电子的电子态，可以视为由于量子力学原理而形成的特定空间分布的电子态。
这种状态下的电子受到的势场与氢原子中的电子类似，因此被称为类氢杂质态。
2. 形成机制类氢杂质态的形成主要与抛物量子阱的特殊结构有关。
当杂质离子或缺陷在抛物量子阱中形成时，它们会与阱中的电子相互作用，形成特定的电子能级。
这些能级与氢原子中的电子能级相似，因此被称为类氢杂质态。
三、激子及其特性1. 定义激子是一种特殊的粒子对，由一个电子和一个空穴组成。
在抛物量子阱中，当光照射到材料上时，可能会激发出一个电子和一个空穴，这两个粒子之间的相互作用形成激子。
2. 特性激子具有独特的物理特性，如长寿命、高迁移率等。
在抛物量子阱中，激子的运动和相互作用受到量子力学原理的支配，其性质与自由电子和空穴有很大差异。
四、类氢杂质态与激子的相互作用及影响在抛物量子阱中，类氢杂质态和激子之间的相互作用是复杂的。
一方面，杂质态的存在可能影响激子的运动轨迹和寿命；另一方面，激子的存在也可能改变杂质态的能级结构。
这种相互作用对于理解抛物量子阱中电荷载流子的传输、能量转移等物理过程具有重要意义。
五、应用价值及未来展望1. 应用价值抛物量子阱中的类氢杂质态和激子在光电器件、量子计算等领域具有广泛的应用价值。
例如，利用这些粒子特性设计的激光器、发光二极管等器件具有高效率、低能耗等优点。
《2024年抛物量子阱中的类氢杂质态和激子》范文
《抛物量子阱中的类氢杂质态和激子》篇一一、引言抛物量子阱（Parabolic Quantum Well，PQW）作为一种重要的纳米结构，在半导体物理和量子电子学中具有广泛的应用。
当在抛物量子阱中引入类氢杂质态和激子时，其独特的电子结构和相互作用引起了科研人员的极大兴趣。
本文将深入探讨抛物量子阱中类氢杂质态以及激子的性质，并进行高质量分析。
二、类氢杂质态的基本性质1. 理论模型：类氢杂质态是指在一个抛物量子阱中，由于杂质的存在，电子在一定的能级上产生类似于氢原子能级的结构。
我们通过引入杂质电荷、位置等因素，建立理论模型。
2. 能级结构：类氢杂质态的能级结构具有明显的离散性，与抛物量子阱的能带结构相互作用，形成一系列分立的能级。
这些能级决定了电子的能量状态和运动轨迹。
3. 电子运动特性：由于受到杂质的作用，电子在抛物量子阱中的运动轨迹和速度会发生变化，这种变化对于研究电子输运、光电效应等具有重要意义。
三、激子的性质及相互作用1. 激子的定义：激子是指在半导体中，由于电子与空穴之间的库仑相互作用而形成的准粒子。
在抛物量子阱中，激子具有独特的性质和相互作用。
2. 激子的能级与寿命：激子的能级与寿命受抛物量子阱的尺寸、形状以及电子和空穴的相互作用等因素的影响。
我们通过实验和理论计算，分析了激子的能级结构和寿命。
3. 激子间的相互作用：在抛物量子阱中，激子之间的相互作用对于研究光发射、光吸收等光学性质具有重要意义。
我们通过实验观察了激子间的相互作用过程和结果。
四、高质量分析方法1. 数值计算方法：我们采用密度泛函理论、格林函数等方法，对抛物量子阱中的类氢杂质态和激子进行数值计算。
通过调整参数，我们得到了与实验结果相符合的理论数据。
2. 实验方法：我们利用光学、电学等实验手段，对抛物量子阱中的类氢杂质态和激子进行实验观测和分析。
通过对比实验结果与理论数据，我们验证了理论模型的正确性。
3. 数据分析与处理：我们对实验数据进行精心处理和分析，提取出有用的信息。
《势垒对GaAs-AlxGa1-xAs量子阱中杂质态结合能的作用及磁场影响》范文
《势垒对GaAs-AlxGa1-xAs量子阱中杂质态结合能的作用及磁场影响》篇一势垒对GaAs-AlxGa1-xAs量子阱中杂质态结合能的作用及磁场影响一、引言随着现代微电子技术的发展，GaAs/AlxGa1-xAs量子阱作为一种重要的半导体材料结构，其物理性质和应用引起了广泛的关注。
其中，杂质态的结合能以及其在不同条件下的变化规律，成为了研究的热点之一。
势垒和磁场作为影响杂质态的重要因素，对GaAs/AlxGa1-xAs量子阱中杂质态的性质产生了显著的影响。
本文将就势垒对GaAs/AlxGa1-xAs量子阱中杂质态结合能的作用以及磁场对其的影响进行详细的探讨。
二、势垒对GaAs/AlxGa1-xAs量子阱中杂质态结合能的作用1. 势垒的基本概念势垒是半导体材料中电子和空穴运动的能量障碍，它决定了电子和空穴在量子阱中的运动轨迹和能量分布。
在GaAs/AlxGa1-xAs量子阱中，势垒的存在对杂质态的结合能产生了重要的影响。
2. 势垒对杂质态结合能的影响机制势垒的高度和宽度会影响电子和空穴的能级分布，从而影响杂质态的结合能。
当势垒高度增加时，电子和空穴的能级间距增大，导致杂质态的结合能增加；反之，当势垒宽度增加时，电子和空穴的波函数重叠程度减小，使结合能减小。
因此，通过调整势垒的高度和宽度，可以有效地调控GaAs/AlxGa1-xAs量子阱中杂质态的结合能。
三、磁场对GaAs/AlxGa1-xAs量子阱中杂质态的影响1. 磁场的基本概念磁场是一种物理场，可以对电子和空穴的运动产生显著的影响。
在半导体材料中，磁场可以改变电子和空穴的能级分布和运动轨迹。
2. 磁场对杂质态的影响机制在GaAs/AlxGa1-xAs量子阱中，磁场可以改变电子和空穴的轨道运动，从而影响杂质态的能级结构和波函数。
当磁场增加时，电子和空穴的能级会发生塞曼分裂，导致杂质态的能级发生变化。
此外，磁场还可以影响电子和空穴的隧穿效应，进一步影响杂质态的结合能和分布。
《势垒对GaAs-AlxGa1-xAs量子阱中杂质态结合能的作用及磁场影响》范文
《势垒对GaAs-AlxGa1-xAs量子阱中杂质态结合能的作用及磁场影响》篇一势垒对GaAs-AlxGa1-xAs量子阱中杂质态结合能的作用及磁场影响一、引言随着现代微电子技术的发展，GaAs/AlxGa1-xAs量子阱结构因其独特的电子性质和光学性质，在半导体器件和光电器件中得到了广泛应用。
杂质态结合能作为量子阱中电子和空穴的重要性质，对于理解其电学和光学行为具有至关重要的作用。
同时，磁场对量子阱中杂质态的结合能也具有显著影响。
本文将重点探讨势垒对GaAs/AlxGa1-xAs量子阱中杂质态结合能的作用以及磁场对这种作用的影响。
二、GaAs/AlxGa1-xAs量子阱结构及杂质态GaAs/AlxGa1-xAs量子阱是一种由两种不同组分的化合物半导体材料构成的异质结构。
其中，势垒层和势阱层的组成元素比例不同，导致其能带结构和电子性质存在差异。
在量子阱中，电子和空穴被限制在势阱层内，形成杂质态。
这些杂质态的能量状态和波函数对电子的输运、光学跃迁等物理过程具有重要影响。
三、势垒对杂质态结合能的作用势垒是决定量子阱中电子和空穴运动的关键因素。
势垒的高度和宽度将直接影响杂质态的结合能。
当势垒较高时，电子和空穴被限制在势阱层内，形成较强的库仑相互作用，导致杂质态结合能增大。
反之，当势垒降低时，电子和空穴的波动函数重叠程度减小，库仑相互作用减弱，杂质态结合能降低。
此外，势垒的宽度也会影响电子和空穴的波函数分布，从而影响杂质态的结合能。
四、磁场对杂质态结合能的影响磁场对量子阱中杂质态的结合能具有显著影响。
在磁场作用下，电子和空穴的波函数发生塞曼分裂，导致能级分裂和能级移动。
这种能级移动将直接影响杂质态的结合能。
此外，磁场还会改变电子和空穴的轨道运动状态，进一步影响其库仑相互作用和结合能。
五、势垒与磁场的综合影响势垒和磁场的综合作用将进一步影响GaAs/AlxGa1-xAs量子阱中杂质态的结合能。
在强磁场作用下，势垒对电子和空穴的限制作用将发生变化，从而改变杂质态的结合能。
《2024年抛物量子阱中的类氢杂质态和激子》范文
《抛物量子阱中的类氢杂质态和激子》篇一一、引言随着纳米科技的快速发展，量子阱材料因其在光学、电学及半导体等领域内的应用，正日益成为研究焦点。
特别是抛物量子阱中的类氢杂质态与激子态的独特性质，已经吸引了广大研究者的广泛关注。
本篇论文将对抛物量子阱中的类氢杂质态及激子进行深入研究，旨在理解其基本特性及其潜在应用。
二、理论背景首先，我们定义抛物量子阱为一种二维电子系统，其中电子的运动遵循抛物线形状的势能曲线。
在此背景下，当杂质被引入到系统中时，将形成类氢杂质态。
这种态由杂质和周围电子相互作用产生，并展现出独特的光谱和电子性质。
激子则是系统中两个相反自旋的电子在电磁场中结合而成的粒子。
它们具有独特的光学和电学特性，对于半导体激光器等设备具有重要意义。
三、类氢杂质态的研究在抛物量子阱中，类氢杂质态的形成与电子和空穴的相互作用密切相关。
通过引入适当的杂质元素，我们可以观察到杂质能级的产生及其在抛物线形势中的移动情况。
这一过程中，能级结构和光谱性质均将受到深入探究。
特别是通过与真实原子中类氢杂质的对比研究，有助于理解抛物量子阱中杂质态的基本特性。
四、激子的研究在抛物量子阱中，激子由两个相反自旋的电子组成，它们在电磁场的作用下形成。
激子的形成和性质对于半导体激光器的性能具有重要影响。
因此，我们详细研究了激子的形成机制、光谱特性和寿命等关键参数。
此外，我们还探讨了激子与周围电子的相互作用以及其在光电器件中的应用潜力。
五、实验方法与结果为了深入研究抛物量子阱中的类氢杂质态和激子，我们采用了多种实验方法。
包括光学光谱测量、电子显微镜观察以及基于密度泛函理论的第一性原理计算等。
通过这些方法，我们获得了丰富的实验数据和结果。
例如，我们观察到类氢杂质态的能级结构和光谱特性；发现了激子的形成及其在特定条件下的激发和消失；验证了理论与实验的契合性等。
六、讨论与展望基于我们的实验结果和已有理论模型，对抛物量子阱中的类氢杂质态和激子进行了详细讨论。
外电场作用下氮化物无限抛物量子阱中激子的能级
外电场作用下氮化物无限抛物量子阱中激子的能级邢德胜;胡文弢;王顺利【摘要】考虑GaN/AlN无限抛物量子阱(PQW)中声子模和空穴有效质量的各向异性,利用变分法计算了外电场下氮化物PQW中激子的能量.结果表明,重、轻空穴激子的结合能与基态能均随阱宽的增大而降低;考虑极化子效应时,结合能降低较明显;轻空穴激子的基态能量与结合能比重空穴激子的高;纤锌矿PQW中激子的基态能量比闪锌矿PQW中的低,而纤锌矿PQW中激子的结合能比闪锌矿PQW中的高;有外电场作用时,激子的基态能量与结合能明显降低.【期刊名称】《集宁师范学院学报》【年(卷),期】2017(039)003【总页数】6页(P1-5,13)【关键词】氮化物;抛物量子阱;激子;基态能量;结合能【作者】邢德胜;胡文弢;王顺利【作者单位】集宁师范学院计算机系,内蒙古乌兰察布 012000;集宁师范学院物理系,内蒙古乌兰察布 012000;集宁师范学院计算机系,内蒙古乌兰察布 012000【正文语种】中文【中图分类】O471.3氮化物半导体具有禁带宽度大，击穿电场高，物理、化学性能较稳定等物理性质，在光学材料、器件等方面有着广泛的应用前景[1-2]。
激子特性在很大程度上决定材料的光学性质，激子能量是了解激子性质的一个重要参数，因而研究氮化物量子阱中激子的能级具有重要的意义。
电场对量子阱中激子的影响很大，研究电场对激子性质的影响同样具有重要价值。
人们对外电场作用下量子阱中激子的研究多限于方量子阱[3-9]，对外电场作用下抛物量子阱中激子的研究至今还未见报道。
前期我们[10-11]考虑极化子效应，运用变分法计算了氮化物抛物量子阱中激子的能量，得到了激子的基态能量与基态结合能随量子阱宽度和Al组分的变化关系。
本文我们考虑激子的极化子效应以及外电场的作用，利用变分法研究闪锌矿和纤锌矿两种氮化物无限PQW中激子的能级。
外电场F沿量子阱生长方向（z轴）施加，在有效质量近似下，阱宽为L的纤锌矿GaN/AlN抛物量子阱结构中激子的系统哈密顿量可写为：其中是激子的质心动量，是激子的相对动量。
《2024年抛物量子阱中的类氢杂质态和激子》范文
《抛物量子阱中的类氢杂质态和激子》篇一一、引言随着现代物理学和材料科学的快速发展，抛物量子阱（Parabolic Quantum Well，PQW）中的电子和杂质态研究已成为凝聚态物理和量子电子学的重要课题。
在抛物量子阱中，类氢杂质态和激子的研究更是揭示了量子力学中许多有趣的现象。
本文将详细探讨抛物量子阱中类氢杂质态和激子的性质、行为及其在物理学中的应用。
二、抛物量子阱的基本理论抛物量子阱是一种具有特定势能曲线的量子阱，其势能曲线呈抛物线形状。
在这种结构中，电子的能级呈现出离散性的分布。
我们首先了解这种特殊结构的量子阱对电子运动的约束以及由此产生的电子能级结构。
三、类氢杂质态的特性在抛物量子阱中引入杂质时，由于杂质的电偶极矩和电场效应，会形成类氢杂质态。
这种态具有独特的能级结构和波函数形式，对理解量子力学中的一些基本问题具有重要价值。
此外，类氢杂质态还对材料的光学、电学等性质产生显著影响。
本文将详细介绍类氢杂质态的能级结构、波函数以及相关的实验观察。
四、激子的研究激子是指在固体中电子和空穴因库仑相互作用形成的束缚态。
在抛物量子阱中，激子也表现出特殊的性质和动力学行为。
本文将详细讨论激子的形成机制、性质以及其在光电器件中的应用。
五、类氢杂质态与激子的相互作用类氢杂质态与激子之间的相互作用是一个复杂而有趣的问题。
在抛物量子阱中，这两种态的相互作用将产生一系列新的物理现象和效应。
本文将探讨这种相互作用对材料性质的影响以及可能的应用前景。
六、实验与模拟研究为了更深入地了解抛物量子阱中类氢杂质态和激子的性质和行为，我们进行了大量的实验和模拟研究。
这些研究包括利用扫描隧道显微镜（STM）观察类氢杂质态的分布，以及利用密度泛函理论（DFT）模拟激子的动力学行为等。
通过这些实验和模拟研究，我们得到了许多重要的结论和发现。
七、结论与展望本文总结了抛物量子阱中类氢杂质态和激子的基本理论、性质和行为，以及它们在物理学中的应用。
云南省普洱市景东一中2024届高三第七次复习质量检测理科综合物理试题
云南省普洱市景东一中2024届高三第七次复习质量检测理科综合物理试题一、单选题 (共6题)第(1)题擦玻璃机器人可以帮助人们解决高层和户外擦玻璃难的问题。
如图甲所示，一栋大厦表面均为玻璃材料，机器人牵引擦子（未画出）清洁玻璃时，将大厦某一表面简化为如图乙所示的正三角形ABC，与水平面夹角为。
已知机器人对擦子的牵引力平行于玻璃表面，擦子质量为m，与玻璃间的动摩擦因数为，重力加速度为g。
则机器人在该表面由B点匀速运动到AC中点D的过程中，擦子所受的牵引力为（）A．B．C．D．第(2)题两只完全相同的蚂蚁在轮胎内外表面爬，当两只蚂蚁爬到图示位置时保持静止，角大于角。
已知轮胎材料相同，轮胎与蚂蚁之间动摩擦因数为，蚂蚁质量，重力加速度取，下列说法正确的是（ ）A．处蚂蚁受到的支持力比处蚂蚁大B．处蚂蚁受到的摩擦力比处蚂蚁大C．处的蚂蚁受到的摩擦力大小为D．处的蚂蚁受到的摩擦力大小为第(3)题在今年上海的某活动中引入了全国首个户外风洞飞行体验装置，体验者在风力作用下漂浮在半空。
若减小风力，体验者在加速下落过程中（ ）A．失重且机械能增加B．失重且机械能减少C．超重且机械能增加D．超重且机械能减少第(4)题234Th核β衰变的衰变方程为，测得234Th核的半衰期为24天，下列说法正确的是（ ）A．234Th核的质量等于核的质量B．234Th核的中子数小于核的中子数C．将放置在低温低压的环境中，其半衰期不变D．宇宙中现有的将在48天后全部衰变为第(5)题关于静电场，下列结论普遍成立的是（ ）A．电场中任意两点之间的电势差只与这两点的电场强度有关B．电场强度大的地方电势高，电场强度小的地方电势低C．将正点电荷从电场强度为零的一点移动到电场强度为零的另一点，静电力做功为零D．在正电荷或负电荷产生的静电场中，电场强度方向都指向电势降低最快的方向第(6)题某同学做测定玻璃折射率的实验，用大头针按正确操作后，作出图示光路并测出大头针相关角度。
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第27卷 第5期2006年5月半 导 体 学 报C HIN ES E J OU RNAL O F S EM ICOND U C TO RSVol.27 No.5May ,20063国家自然科学基金资助项目(批准号:10364003) 通信作者.Email :f qzhao @i 2005206226收到,2005212204定稿Ζ2006中国电子学会在外电场作用下有限抛物量子阱中类氢杂质态结合能3赵凤岐 萨茹拉(内蒙古师范大学物理与电子信息学院,呼和浩特 010022)摘要:采用变分方法研究GaAs/Al x Ga 1-x As 有限抛物量子阱中类氢杂质态能量和结合能随外电场和阱宽的变化关系.在计算中考虑了电子有效带质量和介电常数随空间坐标(或合金组分)的变化因素.结果表明,外电场对类氢杂质态能量和结合能均有明显的影响,并且这些影响随着阱宽的增大而增大.电子有效带质量和介电常数随空间坐标的变化效应使得类氢杂质态基态能量减小,结合能增大,此效应随着阱宽的增大明显变小.关键词:抛物量子阱;类氢杂质态;外电场;结合能PACC :7320;7340L中图分类号:O 47111 文献标识码:A 文章编号:025324177(2006)05208302041 引言近年来,人们对抛物量子阱(PQ W )材料的电子态做了许多研究,给出一些实验[1～7]和理论的结果[8～17].抛物量子阱有两种类型,一是掺杂PQ W [1],另一个是组分PQ W [2,3].前者是在外延生长某种半导体材料过程中交替进行n 型和p 型掺杂构成的.后者(如GaAs/Al x Ga 1-x As )是由GaAs 和Al x Ga 1-x As 层交替生长而产生的,且每层厚度均改变.Al x Ga 1-x As 的厚度从中心向外急剧增大,而GaAs 层的厚度从中心向外急剧减小[2].这种PQ W 也可以用三元混晶Al x Ga 1-x As 的组分x 从阱中心到阱边连续变化而生成的PQ W 来近似[4,5].在这些材料中出现的许多新物理问题是十分有趣的,而且对新型器件有重要的影响,因此成为近年来一个活跃的研究方向.L una 2Acosta [8]和L ea ritt [9]用变分法计算了位于无限PQ W 中心处的类氢杂质结合能和波函数.在计算中采用了含有两个变分参数的波函数.研究表明:结合能随着抛物阱深度(或抛物性参数)的增大而增大,但随着阱宽的增大而减小,并且PQ W 中的结合能大于方量子阱中的结合能.Za ng 和Rust 2gi [10]研究无限PQ W 中外磁场作用下类氢杂质的能量,给出杂质态基态和激发态能量随外磁场和抛物参数的变化关系.他们指出,杂质态能量随着外磁场和抛物参数的增大而增加,越高的激发态,能量的增加速度就越大.Niculescu 等人[12,13]用变分法计算了有限PQ W 中单个和双施主的结合能.结果表明:有限PQ W 中杂质态结合能随着阱宽的增大有一个极大值,出现于阱宽较小处,而且有限PQ W 中结合能比无限PQ W 中结合能小,尤其是对双施主更明显.Kasap oglu 等[16,17]用变分法计算了不同形状的量子阱中浅杂质态结合能,但他们没有考虑PQ W 中电子有效带质量随空间坐标变化(SD EM )效应对电子态能量的影响.PQ W 中电子有效带质量随空间坐标变化效应对电子态能量的影响问题在文献[4,5]中做了讨论.他们指出,SD EM 效应降低电子或空穴基态能量,增大类氢杂质基态结合能.同时还发现SD EM 效应随着阱宽的增大而减小,原因是当阱宽增大时,有效带质量随空间坐标变化比较缓慢,m 3逐渐接近于3D 的值.有些学者[18～22]研究抛物量子阱中电子2声子相互作用对电子态能量的影响,给出极化子能量、跃迁能量和结合能等物理量随阱宽、阱有效深度、外磁场等的变化关系.据我们了解,在PQ W 中外电场对有SD EM 效应的杂质态能量和结合能的影响如何等方面的研究工作很不完善,有待于进一步深入细致地研究.本文讨论有限PQ W 中杂质态能量和结合能随外电场和阱宽的变化关系.在计算中考虑电子有效带质量和介电常数随空间坐标(或合金组分x )的变化因素.采用变分方法获得类氢杂质态能量和结合能,并对结果进行数值计算和讨论.第5期赵凤岐等: 在外电场作用下有限抛物量子阱中类氢杂质态结合能2 理论推导考虑一个电子处于阱宽为L=2d的抛物量子阱中,该电子受处于点(0,0,0)的类氢杂质(电荷为e)的束缚.阱材料是充满在区间“1”(|z|≤d),而垒材料占居在区间“2”(|z|>d).抛物量子阱中阱材料是由三元混晶Al x Ga1-x As材料的组分x从阱中心x=0到阱边x=0132连续变化而产生,而垒材料是Al0.32Ga0.68As.外电场F方向选为z轴方向,利用有效质量近似,系统的哈密顿量可写为H=p zp z2mλ(z)+p2xy2mλ(z)-e24πελ(z)r+V(z)+ezF(1)其中V(z)=V0z2/d2, |z|≤dV0, |z|>d(2)V0=016×1250x(x=0132)(3)mλ(z)=m1(z), |z|≤dm2, |z|>d(4)这里ελ=10106x+13118(1-x)[23]是区间λ中静态介电常数;V0是PQ W的深度;m2(=01094m e)是垒材料Al0.32Ga0.68As中电子的有效带质量;r=ρ2+z2是电子与类氢杂质间的距离.考虑SDEM 效应后,区间1中电子的有效带质量可写为[24]m1(z)=010665+010835x(5)合金组分x与坐标z的关系是x=0132z2/d2.对类氢杂质态的基态,试探波函数选为下面形式[25]ψ=Nφ(z)e-βr(6)其中 β是变分参数;N是归一化常数.(6)式的波函数中e-βr描述束缚于类氢杂质周围的电子运动;φ(z)为没有杂质势时的电子基态波函数.杂质态变分能量E1s为E1s=〈ψ|H|ψ〉(7)通过数值求解方程(7)且对能量求极小值而获得波函数ψ和杂质态能量E1s.杂质态基态结合能为E b=E f-E1s(8) E f是系统中没有杂质势的电子基态能量.3 数值计算和讨论利用(1)～(8)式,对GaAs/Al x Ga1-x As PQW 中类氢杂质态基态能量和结合能进行了数值计算,计算结果在图1～4中给出.能量的参考点选在导带的底.图1是PQW中有SD EM效应和无SD EM效应的杂质态基态能量随阱宽L的函数关系.L是以GaAs材料中的晶格常数a(=015653nm)为单位.从图可以看出,阱宽L较小时,杂质态基态能量随着L的增大而急剧减小,而阱宽L较大时,杂质态基态能量随着L的增大而缓慢减小.这是因为构成抛物阱的两个垒材料对处于阱中的电子排斥作用,这一排斥作用随量子阱宽度L的增大而减弱,因此E1s随着量子阱宽度L的增加而减小.另一方面,由于有SD EM效应的电子有效带质量大于没有SD EM效应的电子有效带质量,所以有SD EM效应的能量曲线低于没有SD EM效应的能量曲线.这是因为在无限简谐振荡极限下能量正比于m-1/2λ(z).图1 给定外电场(F=30kV/cm)条件下,GaAs/Al x Ga1-x As PQW中类氢杂质态基态能量与阱宽L的函数关系 实线是有SDEM效应的结果,虚线是无SDEM效应的结果.Fig.1 Ground state energies of a hydrogenic impurity as a f unction of well width L in G aAs/Al x G a1-x As PQW for given electric field(F=30kV/cm) The sol2 id line is the result with the effects of the SDEM,and the dashed line is the result without the effects of the SDEM.图2给出杂质态基态结合能随阱宽L的函数关系.为了对比,有SDEM效应、无SDEM效应的曲线均绘在图2中.由图2可知:杂质态基态结合能首先随着L的增大而急剧减小,然后缓慢地减小,最后趋近于体材料GaAs中的3D值.原因是量子阱宽度L越小,抛物阱的两个垒材料对处于阱中的电子排斥作用越大,使得电子处于抛物阱中心附近(类氢杂质处于阱中心处),这就引起较大的结合能;而量子阱宽度L变大时,排斥作用减弱,使得电子偏离抛物阱中心处,因而引起较小的结合能.这一变化规律与文献[5,13]中得到的规律基本一致.有SD EM效应的结合能大于无SDEM效应的结合能,这一特性与文献[5]的结果定性相同,而定量上有所差别.从图1和图2还可以看出,SDEM效应随着L138半 导 体 学 报第27卷的增大而减小(除非常窄阱L <4a 外),最后减小到零.原因是随着L 的增大,电子处在PQW 中心处的几率增大,有效带质量随空间坐标变化速度变小,这时电子的有效带质量接近于GaAs 材料的值,因此SD EM 效应会消失.图2 给定外电场(F =30kV/cm )条件下,GaAs/Al x Ga 1-x As PQW 中类氢杂质态基态结合能随阱宽L 的变化关系 实线和虚线分别是有SDEM 效应和没有SDEM 效应的结果.Fig.2 Ground state binding energies of a hydrogenic impurity as a f unction of the well width L in G aAs/Al x Ga 1-x As PQW for given electric field (F =30kV/cm ) The solid and the dashed line are respectively the results with the effects of the SDEM and without the effects of the SDEM.在给定阱宽L (20a ,50a )的抛物量子阱中,有SD EM 效应和无SD EM 效应的杂质态基态能量和结合能随外电场的函数关系分别在图3和图4中给出.从图3和图4中可以看出,在两种阱中杂质态基态能量和结合能都随着外电场的增大而降低,但降低的程度有所不同.例如,在窄阱(L =20a )中,基态能量和结合能随着外电场的增大而缓慢降低,而宽阱(L =50a )中降低的速度比较快.外电场与电子的相互作用在一定程度上消弱处于类氢杂质中心附近电子的局域性,使得描写该电子系统的波函数向外扩展,这导致杂质态基态结合能随着外电场的增大而减小.杂质态基态结合能随外电场变化规律与文献[16]中得到的规律一致.对杂质态基态能量,SD EM 效应随外电场的变化很小;对杂质态基态结合能,SD EM 效应随外电场的变化很明显.本文中我们考虑电子有效带质量和介电常数随空间坐标(或合金组分x )的变化因素,采用变分方法讨论了有限PQW 中杂质态能量和结合能随外电场和阱宽的变化关系.研究表明,外电场对杂质态能量和结合能均有明显的影响,并且这些影响随着阱宽L 的增大而增大.SD EM 效应使得类氢杂质态基态能量减小,结合能增大,SD EM 效应随着阱宽L图3 给定阱宽的GaAs/Al x Ga 1-x As PQW 中类氢杂质态基态能量与外电场F 的函数关系.实线代表有SDEM 效应的结果,虚线代表无SDEM 效应的结果.Fig.3 G round state energies of a hydrogenic impurity as a function of a electric field F in G aAs/Al x G a 1-x As PQW for given well width The solid line is the result with the effects of the SDEM ,and the dashed line is the result with 2out the effects of the SDEM.图4 给定阱宽的GaAs/Al x Ga 1-x As PQW 中类氢杂质态基态结合能随外电场F 的变化关系 实线代表有SDEM 效应的结果,虚线代表无SDEM 效应的结果.Fig.4 Ground state binding energies of the hydrogenic impurity as a f unction of the electric field F in GaAs/Al x G a 1-x As PQW for given well width The solid line is the result with the effects of the SDEM ,and the dashed line is the result without the effects of the SDEM.的增大而明显变小.参考文献[1] Ploog K ,Dohler G positional and doping superlatticesin Ⅲ2Ⅴsemiconductors.Adv Phys ,1983,32:285[2] Miller R C ,G ossard A C ,Leinman D A ,et al.Parabolic quan 2238第5期赵凤岐等: 在外电场作用下有限抛物量子阱中类氢杂质态结合能tum wells wit h t he GaAs2Al x Ga1-x As system.Phys Rev B,1984,29:3740[3] Sergio C S,Gusev G M,Leite J R,et al.Coexistence of two2and t hree2dimensional Landau states in a wide parabolic quan2tum well.Phys Rev B,2001,64:11531421[4] Herling G H,Rustgi M L.Spatially dependent effective massand optical 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impurity state in a quantum well:Asimple model.Phys Rev B,1981,24:4714Binding Energy of a H ydrogenic Impurity in a Finite ParabolicQ uantum Well U nder an External Electric Field3Zhao Fengqi and Sarula(College of Physics and Elect ron in I nf ormation,I nner Mongolia N ormal Universit y,Hohhot 010022,Chi na)Abstract:The ground state a nd binding e nergy of a hydroge nic imp urity as f unctions of t he elect ric field a nd well widt h in a GaAs/Al x Ga1-x As PQ W are investigated wit h t he variational met hod.The eff ects of sp atial dep endent eff ective mass and sp atial depe nde nt dielect ric constant are considered in t he calculation.The results indicate t hat t he eff ects of t he exter nal e2 lect ric field on t he ground state a nd binding energy of t he hydroge nic imp urity are noticeable,a nd t hey increase wit h increas2 ing well widt h.The eff ects of t he sp atial depe ndent eff ective mass and sp atial depe nde nt dielect ric consta nt ma ke t he ground state e nergy decrease a nd t he binding energy increase.These eff ects decrease wit h increasing well widt h.K ey w ords:p arabolic quantum well;hydroge nic imp urity;exter nal elect ric field;binding e nergyPACC:7320;7340LArticle ID:025324177(2006)05208302043Project supp orted by t he National Natural Science Foundation of China(N o.10364003)Corresp onding aut hor.Email:f qzhao@i Received26J une2005,revised ma nuscrip t received4December2005Ζ2006Chinese Institute of Elect ronics338。